L'impianto solare termico di grande taglia e la bevanda energetica

Una bevanda energetica. in tutti i sensi. L’impianto della Gatorade in Arizona copre parte del suo fabbisogno termico grazie a un impianto solare termico efficiente e di grande taglia. Un esempio di come questa produzione industriale, che richiede grande quantità di calore a basse temperature, possa utilizzare il solare per diversi processi.

15/01/2014
L'impianto solare termico di grande taglia e la bevanda energetica

La produzione industriale delle bevande richiede una considerevole quantità di energia sotto forma di calore per diversi processi produttivi, come il lavaggio e la sterilizzazione. Un altro elemento interessante è il fatto che questo fabbisogno termico è quasi sempre richiesto in un campo di temperature contenuto. Nel caso del lavaggio, ad esempio, la temperatura di processo è normalmente compresa tra i 50 e i 60 °C.

È ipotizzabile, quindi, l’impiego di impianti solari termici per soddisfare tale fabbisogno in quanto, in questi campi di temperatura, i collettori solari sono in grado di operare con una efficienza operativa più che soddisfacente. Se, ad esempio, si dovesse fornire una temperatura di processo di 50 °C, un collettore solare di buona qualità potrebbe operare con un rendimento di conversione attorno al 50%, valore senza dubbio considerevole.

Uno degli esempi più recenti di questa tipologia applicativa è l’impianto produttivo della bibita Gatorade, di proprietà della PepsiCo. Il sito si trova in Arizona, nella città di Phoenix, è ha cominciato ad adottare una soluzione di fornitura energetica con solare termico fin dal 2008 (vedi foto in alto).

L’impianto solare, realizzato dalla ditta austriaca SOLID, è stato installato in tre fasi successive, partendo dal 2008 e divenendo operativo nel 2009, e oggi conta quasi 4.000 m2 di superficie captante (vedi foto sotto). L’integrazione dell’impianto nel ciclo risulta uno degli aspetti cruciali di questa esperienza.

I collettori solari, infatti, hanno la funzione di pre-riscaldare l’acqua proveniente dalla rete idrica e possono in tal modo operare a una temperatura molto bassa, sempre inferiore a 35 °C. Ciò consente di ottenere un rendimento estremamente elevato nella conversione da energia solare a calore. Il limite dei 35 °C è legato al fatto che la stazione di filtraggio dell’acqua, del tipo a osmosi inversa, potrebbe essere seriamente danneggiata da temperature più elevate. Una frazione del calore prodotto dall’impianto solare, infine, supporta il processo di pastorizzazione della bevanda, a una temperatura di circa 80 °C.

Data la ragguardevole taglia dell’impianto, si è scelto di utilizzare dei collettori pre-assemblati di grande dimensione, con una superficie unitaria superiore ai 10 m2. Il sistema solare termico viene così realizzato impiegando un minor numero di componenti e riducendo, di conseguenza, gli spazi morti, gli errori di connessione idraulica sempre in agguato e anche i tempi di installazione. Le operazioni di montaggio sono state rese più semplici dalla possibilità di utilizzare la copertura piana dello stabilimento per il posizionamento dei collettori solari. Si è anche disposta una struttura metallica di ancoraggio, per non gravare sulla copertura stessa. Per i serbatoi di accumulo, invece, è stato scelto un posizionamento all’esterno, dato il non trascurabile volume dei manufatti, superiore ai 150 m3.

Come già osservato, la bassa temperatura di funzionamento consente ai collettori solari di funzionare al meglio. L’Arizona, inoltre, presenta una sorprendente disponibilità di radiazione solare, pari a circa 2.100 kWh/m2 anno. Queste due circostanze, assieme alla scelta di collettori a basse perdite termiche, hanno permesso di realizzare un impianto con una resa specifica elevatissima, superiore ai 1.200 kWh/anno per ogni m2 installato. Per avere un’idea della straordinarietà di questo valore, si pensi che un impianto medio in Italia può presentare un output stimabile attorno ai 700 kWh/m2 anno.

L’ottimo rendimento dell’impianto, ormai testimoniato da un lungo periodo di attento monitoraggio, è stato inserito persino come condizione contrattuale tra il committente e la ditta che ha realizzato l’impianto. In quanto responsabile del corretto funzionamento dello stesso, quest’ultima garantisce un livello minimo di produzione di energia termica da fonte solare. Per quanto riguarda la pima fase, tale valore minimo è stato fissato in 1.000.000 di kWh all’anno. A completamento della seconda fase, invece, il livello minimo annuale di fornitura è stato innalzato a 3.000.000 di kWh. Per la terza fase, infine, è stato promesso un output di calore minimo pari a 4.000.000 di kWh.

Per quanto riguarda, infine, i dati economico-finanziari, è opportuno sottolineare che l’investimento dovrebbe consentire un tempo di ritorno economico inferiore ai cinque anni, anche grazie alla combinazione tra un incentivo del governo dell’Arizona e una detrazione fiscale associata a una legge federale.

Il committente, oltre al “semplice” impianto solare per la produzione di calore di processo, ha voluto anche spingersi oltre, prevedendo, assieme al terzo sotto-impianto, due piccoli impianti aggiuntivi. Per questi sistemi sono state scelte due soluzioni innovative che impiegano collettori parabolici, la prima del tipo lineare e la seconda con tecnologia a disco. Si tratta, in questo caso, di dispositivi pilota ad elevato carattere sperimentale, che la stessa Gatorade ha richiesto per testarli sul campo e, nel futuro, utilizzarli eventualmente per ulteriori estensioni dell’impianto.

A metà febbraio Qualenergia.it pubblicherà uno Speciale Tecnico sull'argomento: "Impianti solari termici di grande taglia per applicazioni speciali" (a cura dell'Ing. Riccardo Battisti (Ambiente Italia srl) - Per partecipare come sponsor scrivere a Maristella D'Amico - advertising@qualenergia.it

(Articolo a cura di Qualenergia.it)